Đá mài hiện nay được sử dụng rất phổ biến nhất là trong ngành cơ khí. Có thể bạn sử dụng nó hàng ngày hoặc chỉ mới nhìn qua nhưng chưa chắc ai cũng biết về thành phần hay cách chế tạo ra chúng như thế nào.
Thành phần cấu tạo của đá mài
Đá mài được tạo thành từ các hạt mài (vật liệu mài) và chất dính kết. Hạt mài là thành phần chính của đá mài, mỗi hạt mài có nhiệm vụ như một lưỡi cắt.
- Hạt mài được chế tạo từ các loại vật liệu như Aluminum Oxide (Al2O3), Silicon Carbide (SiC), Alumina Zircomia, Ceramic, … với các kích cỡ hạt khác nhau để chế tạo các loại đá mài khác nhau.
- Chất kết dính dùng để liên kết các hạt mài và tạo nên hình dáng của đá mài: chất kết dính vô cơ như keramit; chất kết dính hữu cơ như bakelit, caosu, … nó quyết định độ cứng và độ bền của đá mài.
Đá mài được tạo thành từ các hạt mài (vật liệu mài) và chất dính kết
Đá mài bao gồm hai loại đá cứng và đá mềm, độ cứng hoặc độ mềm của đá mài không phụ thuộc vào vật liệu chế tạo hạt mài mà là khả năng tách rời của các hạt mài khi có lực tác dụng của lực cắt để tạo nên trên bề mặt của đá một lớp hạt mài mới.
- Đá cứng là loại đá mà các hạt mài khó tách khỏi đá mài, thường để dùng để gia công các loại vật liệu mềm vì vật liệu mềm không đòi hỏi cao về độ sắc của lưỡi cắt.
- Đá mềm là loại đá dễ tách các hạt mài ra khỏi đá mài và tạo nên trên bề mặt của đá các hạt mài mới và các lưỡi cắt mới nên lưỡi cắt sắc bén hơn, thường dùng để gia công các vật liệu cứng.
Một đặc trưng nữa của đá mài mà các loại dụng cụ cắt khác không có đó là độ xốp. Độ xốp của đá mài là tỷ lệ phần trăm phần rỗng trong một đơn vị thể tích của đá mài. Đá mài có độ hạt lớn thì độ xốp càng lớn và ngược lại.
Hình dáng của đá mài rất đa dạng, tuỳ theo mục đích sử dụng và tuỳ theo loại máy mà đá mài sản suất theo hình dáng và tính chất khác nhau. Trong mỗi loại hình dáng của đá cũng có nhiều loại đá mài với tính chất khác nhau như độ hạt, độ cứng, độ xốp và độ lớn về kích thước.
Vật liệu hạt mài
Có 4 loại hạt phổ biến được lựa chọn trong cấu tạo của nhám
Aluminum Oxide
Aluminum Oxide
Aluminum Oxide (hay nhôm oxide) được hình thành bằng cách kết hợp bauxit và các vật liệu khác bằng cách nung chúng trong lò điện. Sau đó, khối lượng thu được sẽ được nghiền nhỏ, và các mảnh được sàng lọc liên tiếp qua các màn mịn hơn để ấn định kích thước sạn (phân loại theo chuẩn CAMI của Hoa Kỳ). Khi được nghiền nát, các mảnh tạo thành có dạng hình chóp nhọn tự nhiên. Do hình dạng và độ bền của vật liệu được sử dụng để sản xuất, Aluminum Oxide là một loại hạt rất bền. Hạt bị mài mòn trong quá trình sử dụng, chà nhám càng mịn càng sử dụng lâu.
Silicon Carbide
Silicon Carbide
Silicon Carbide được tạo ra bằng cách kết hợp cát silica trắng tinh khiết và than cốc, một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất than. Những vật liệu này được kết hợp bằng cách nấu chảy trong lò điện, nghiền nát và sàng lọc các hạt qua màn để lấy hạt sạn. Hạt Silicon Carbide có hình dạng giống với phần đầu nhọn và phần thân hẹp. Silicon Carbide chỉ đứng sau kim cương về độ cứng; tuy vậy lại rất giòn do thân hạt hẹp. Do đó, khi áp lực tác động lên đầu của hạt này, Silicon Carbide sẽ bị gãy. Đặc điểm này được gọi là tính dễ vỡ.
Alumina Zirconia
Alumina Zirconia
Alumina Zirconia là loại hạt lấy các đặc tính tốt nhất của Aluminum Oxide & Silicon Carbide và kết hợp chúng lại với nhau để tạo ra một loại hạt rất bền, nhưng vẫn có khả năng dễ vỡ. Thành phần chính của hạt này là bôxít, giống như Aluminum Oxide. Khả năng vỡ để tạo ra các cạnh sắc bén tương tự như Silicon Carbide nhưng cần áp lực mạnh hơn. Nếu không đạt được áp lực đủ để làm hạt Alumina Zirconia vỡ ra sẽ làm cho hạt bị mài mòn và giảm tuổi thọ.
Ceramic
Ceramic
Có nhiều loại Ceramic khác nhau bao gồm Ceramic Aluminum Oxide, Ceramic Alumina Zirconia hay Ceramic 100%. Ceramic được sản xuất bằng cách kết hợp bauxite, giống như Aluminum Oxide thông thường nhưng thêm các vật liệu khác trong một quá trình liên kết hóa học. Sự liên kết hóa học này tạo ra hạt thô rất xốp và có bề ngoài giống như san hô. Tỷ lệ 100% Ceramic sẽ là mạnh nhất, rồi đến Ceramic Alumina Zirconia và cuối cùng là Ceramic Aluminum Oxide. Tất nhiên, hàm lượng Ceramic nguyên chất càng cao thì vật liệu càng đắt.
Đá mài là gì và phân loại đá mài phổ biến hiện nay
Kích cỡ hạt mài
Phân loại kích thước hạt mài bằng lỗ rây từ to đến nhỏ. Đối với bột mài xác định bằng kích thước hiển vi hay bằng phương pháp lắng động trong nước.
Lựa chọn cỡ hạt của đá mài tuỳ theo độ chính xác và độ nhẵn bề mặt gia công, tính chất vật liệu gia công và diện tích tiếp xúc của bề mặt đá với bề mặt chi tiết gia công. Khi mài thô nên dùng đá mài có cỡ hạt lớn hơn khi mài tinh. Khi gia công kim loại mềm và dẻo, để tránh đá bị nhanh cùn, nên chọn đá mài có cỡ hạt lớn. Ngược lại khi gia công kim loại hay vật liệu cứng, dùng đá mài có hạt nhỏ. Diện tích tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết gia công càng lớn đá mài càng cần có hạt lớn và ngược lại.
Chất kết dính
Chất kết dính Keramic (G): Được tạo từ đất sét trắng chịu lửa, Spat và hoạt thạch, đôi khi còn thêm vào phấn, thạch anh, nước thuỷ tinh. Đá mài có chất kết dính Keramic có độ bền hoá học cao, chịu được ẩm và nhiệt độ cao, đảm bảo được profin của đá mài.
Chất dính kết Bakelit (B): Là chất nhựa nhân tạo chế tạo từ nhựa Cacbonic và Fomalin, nên có thể làm việc ở tốc độ cắt lớn đến 50m/s, ở một số trường hợp đặc biệt có thể đến 80m/s. Ở nhiệt độ trên 1800, chất dính kết Bakelit mất tính bền của nó. Vì vậy đá mài kiểu này không chịu được nhiệt độ cao, đồng thời không chịu được tác dụng của kiềm.
Chất kết dính Vunkahit (V): Gồm 70% cao su và 30% lưu huỳnh. Đá mài có chất kết dính Vunkahit có độ bền và tính đàn hồi cao hơn cả đá Bakelit, ngoài ra nó còn giữ được tốt profile của đá. Vì vậy chất kết dính Vunkahit được dùng để chế tạo đá mài định hình và các loại đá cắt đứt có chiều dày mỏng 0.3 – 0.5mm (với đường kính 150 – 200mm). Nhược điểm của đá mài này là độ xốp kém, mặt đá bị lì nhanh, chịu nhiệt kém (ở nhiệt độ > 200°C Vunkahit bị cháy) nên khi sử dụng nhất thiết phải dùng dung dịch nguội lạnh. Ở 150°C Vunkahit bị mềm ra, hạt mài dễ ấn sâu vào chất kết dính, áp lực của hạt mài lên bề mặt gia công giảm, nên được sử dụng trong các nguyên công mài bóng, mài tinh.
Độ cứng
Trong thời gian làm việc, hạt mài bị cùn đi, lực tác dụng vào hạt mài tăng lên, đến mức nào đó có thể làm cho hạt mài tróc ra khỏi bề mặt đá mài. Độ cứng của đá mài là khả năng chống lại sự tróc của hạt mài trong thời gian làm việc. Đá mài gọi là mềm khi hạt mài dễ tróc ra và đá mài cứng khi hạt mài khó tróc hơn. Đá mài có chất kết dính Keramic và Bakelit được chế tạo với tất cả các cấp độ cứng. Đá mài có chất dính kết Vunkahit chỉ chế tạo với một số độ cứng nhất định
Thường đánh giá chất lượng đá mài là tuổi bền của đá hoặc lượng tiêu hao khi cắt đi được 1㎤ vật liệu gia công. Khi mài vật liệu càng cứng, hạt mài mòn càng nhanh cần chọn đá mài mềm (để hạt mài dễ tróc ra tạo khả năng tự mài sắc một phần) và ngược lại vật liệu gia công càng mềm, cần chọn đá mài có độ cứng cao hơn. Khi mài vật liệu dẻo (nhôm, đồng, …) ngoài hiện tượng mòn các hạt mài, mặt đá mài còn bị lì đi (do phôi bịt kín các khe hở giữa các hạt) do vậy cần chọn đá mềm. Mặt tiếp xúc giữa đá mài và các chi tiết gia công càng lớn, hạt mài mòn càng nhanh cần chọn đá mài càng mềm.
Độ cứng của đá mài là khả năng chống lại sự tróc của hạt mài
Cấu trúc đá mài
Tỉ lệ về số lượng của hạt mài, chất dính kết và khoảng trống trong một đơn vị thể tích của đá mài là đặc trưng của cấu trúc đá mài. Trong một đơn vị thể tích đá mài, hạt mài càng lớn, cấu trúc của đá càng chặt.
Đá có cấu trúc xốp, khoảng hở giữa các hạt mài lớn mặt đá mài khó bị lì (mặt mài khó bị kẹt vào khoảng hở giữa các hạt mài). Mặt khác khi đá quay với tốc độ cao dễ tạo nên dòng khí lưu thông giữa các khe hở đó, cũng như dung dịch làm nguội cũng dễ thẩm thấu qua các khe hở của hạt mài để làm nguội trực tiếp bề mặt gia công ở vùng mài.
Xem thêm các bài viết khác:
Những lưu ý an toàn khi sử dụng đá cắt đá mài
Đá mài là gì và phân loại đá mài phổ biến hiện nay
Tư vấn chọn hạt nhám với vật liệu phù hợp